PCB印制电路板布线流程与设计原则(ppt 37页).ppt

1 PCB设计基础 2 主要内容 印制电路板基础印制电路板布线流程印制电路板设计的基本原则 3 印制电路板基础 印制电路板种类印制电路板结构元件封装铜膜导线助焊膜和阻焊膜层焊盘和过孔丝印层敷铜 4 印制电路板种类 根据导电层数目的不同分 1 单面电路板 简称单面板 2 双面电路板 简称双面板 3 多层电路板根据覆铜板基底材料的不同分 1 纸质覆铜箔层压板 酚醛纸质覆铜箔 覆铜箔环氧纸质层压板 2 玻璃布覆铜箔层压板 覆铜箔环氧玻璃布层压板 覆铜箔环氧酚醛玻璃布层压板 聚四氟乙烯玻璃布覆铜箔层压板 3 挠性印制板 采用挠性塑料作基底 常用做印制电缆 5 印制电路板结构 单面板双面板多层板 6 单面板 覆铜板只有一面敷铜箔 另一面空白 只能在敷铜箔面上制作导电图形 导电图形主要包括固定 连接元件引脚的焊盘和实现元件引脚互连的印制导线 该面称为 焊锡面 在PCB编辑器中称为 Bottom 底 层 没有铜膜的一面用于安放元件 称为 元件面 在PCB编辑器中被称为 Top 顶 层 7 单面板 由于单面板结构简单 没有过孔 生产成本低 因此 线路相对简单 工作频率较低的电子产品 如收录机 电视机 计算机显示器等电路板一般采用单面板 尽管单面板生产成本低 但单面板布线设计难度最大 原因是只能在一个面上布线 布通率比双面板 多面板低 可利用的电磁屏蔽手段也有限 电磁兼容性指标不易达到要求 8 双面板 基板的上下两面均覆盖铜箔 因此 两面都含有导电图形 导电图形中除了焊盘 印制导线外 还有用于使上 下两面印制导线相连的金属化过孔 在双面板中 元件也只安装在其中的一个面上 该面同样称为 元件面 另一面称为 焊锡面 9 双面板 双面板中 需要制作连接上 下面印制导线的金属化过孔 生产工艺流程比单面板多 成本高 双面板可以两面走线 因而布线相对容易 布通率高 借助与地线相连的敷铜区即可较好地解决电磁干扰问题 因此应用范围很广 多数电子产品 如VCD机 单片机控制板等均采用双面板结构 10 多层板 多层板就是包含了多个工作层的电路板 除了顶层 底层以外 它还包括中间层 内部电源或接地层等 11 多层板 随着集成电路技术的不断发展 元器件集成度越来越高 引脚数目迅速增加 电路图中元器件连接关系越来越复杂 此外 器件工作频率也越来越高 双面板已不能满足布线和电磁屏蔽要求 于是就出现了多层印制板 在多层印制板中 导电层的数目一般为4 6 8 10等 例如在四层板中 上 下面 层 是信号层 信号线布线层 在上 下两层之间还有内电源层 内地线层 如上页图中所示 在多层印制板中 可充分利用电路板的多层结构解决电磁干扰问题 提高了电路系统的可靠性 多层印制板可布线层数多 走线方便 布通率高 连线短 印制板面积也较小 印制导线占用面积小 目前 计算机设备 如主机板 内存条 显示卡等均采用4或6层印制电路板 12 元件封装 元件封装是指元件焊接到电路板时的外观和焊盘位置 纯粹的元件封装仅仅是空间的概念 因此 不同的元件可以共用同一个元件封装 另一方面 同种元件也可以有不同的封装 在取用焊接元件时 不仅要知道元件名称 还要知道元件的封装 元件的封装可以在设计原理图是指定 也可以在引进网络表时指定 13 元件封装 元件的封装形式可以分成两大类 即针脚式元件封装和SMT 表面贴装式 元件封装 针脚式封装元件焊接时先要将元件针脚插入焊盘导通孔 然后再焊锡 由于针脚式元件封装的焊盘和过孔贯穿整个电路板 所以在其焊盘的属性对话框中 PCB的层属性必须为MultiLayer 多层 SMT元件封装的焊盘只限于表面层 在其焊盘的属性对话框中 Layer层属性必须为单一表面 如TopLayer或者BottomLayer 14 元件封装 两种最常见的封装 即DIP封装 属于针脚式元件封装 和芯片载体封装 属于SMT元件封装 1 DIP封装 双列指插封装 DualIn linePackage 结构特点是适合PCB的穿孔安装 易于对PCB布线和操作方便 DIP封装结构形式有 多层陶瓷双列直插式DIP 单层陶瓷双列直插式DIP 引线框架式DIP 15 元件封装 2 芯片载体封装芯片载体封装有陶瓷无引线芯片载体 LeadlessCeramicChipCarrier LCCC 塑料有引线芯片载体 PlasticLeadedChipCarrier PLCC 小尺寸封装 SmallOutlinePackage SOP 塑料四边引出扁平封装 PlasticQuadFlatPackage PQFP 和球栅阵列 BallGridArray BGA 封装 16 元件封装 元件封装的编号元件封装的编号一般为元件类型 焊盘距离 焊盘数 元件外形尺寸 用户可根据元件封装编号来判断元件封装规格 如 AXIAL 0 4表示此元件封装为轴状的 两焊盘间距离为400mil DIP16表示双排引脚的元件封装 两排共16个引脚 RB 2 4表示极性电容类元件封装 引脚间距离为200mil 元件直径为400mil 这里 4和0 4都表示400mil 17 铜膜导线 铜膜导线也称铜膜走线 简称导线 用于连接各个焊盘 是印制电路板最重要的部分 印制电路板设计都是围绕如何布置导线来进行的 与导线有关的另外一种线常称为飞线 即预拉线 飞线是在引入网络表后 系统根据规则生成的 用来指引布线的一种连线 飞线与导线有本质的区别 飞线只是一种形式上的连线 它只是在形式上表示出各个焊盘间的连接关系 没有电器的连接意义 导线则是根据飞线指示的焊盘间的连接关系而布置的 是具有电器连接意义的连接线路 18 助焊膜和阻焊膜 各类膜不仅是PCB制作工艺过程中必不可少的 而且更是元件焊装的必要条件 按 膜 所处的位置及其作用 膜 可分为元件面 或焊接面 助焊膜 TOPorBottomSolder 和元件面 或焊接面 阻焊膜 TOporBottomPasteMask 两类 顾名思义 助焊膜是涂于焊盘上 提高可焊性能的一层膜 也就是在绿色板子上比焊盘略大的各浅色圆斑 阻焊膜的情况正好相反 为了使制成的板子适应波峰焊等焊接形式 要求板子上非焊盘处的铜箔不能粘锡 因此在焊盘以外的各部位都要涂覆一层涂料 用于阻止这些部位上锡 可见 这两种膜是一种互补关系 19 层 Protel的 层 不是虚拟的 而是印制板材料本身实实在在的铜箔层 现今 由于电子线路的元件密集安装 抗干扰和布线等特殊要求 一些较新的电子产品中所用的印制板不仅上下两面可供走线 在板的中间还设有能被特殊加工的夹层铜箔 例如 现在的计算机主板所用的印制板材料大多在4层以上 这些层因加工相对较难而大多用于设置走线较为简单的电源布线层 GroundDever和PowerDever 并常用大面积填充的办法来布线 如Fill 上下位置的表面层与中间各层需要连通的地方用 过孔 Via 来沟通 要注意的是 一旦选定了所用印制板的层数 务必关闭那些未被使用的层 以免布线出现差错 20 焊盘和过孔 焊盘焊盘的作用是放置焊锡 连接导线和元件引脚 焊盘是PCB设计中最常接触也是最重要的概念 但初学者却容易忽视它的选择和修正 在设计中千篇一律地使用圆型焊盘 选择元件的焊盘类型要综合考虑该元件的形状 大小 布置形式 振动和受热情况 受力方向等因素 Protel在封装库中给出了一系列不同大小和形状的焊盘 如圆 方 八角 圆方和定位用焊盘等 但有时还需自己编辑 21 焊盘和过孔 过孔为连接各层之间的线路 在各层需要连通的导线的交汇处钻上一个公共孔 这就是过孔 过孔有三种 即从顶层贯通到底层的穿透式过孔 从顶层通到内层或从内层通到底层的盲过孔以及内层间的隐藏过孔 过孔有两个尺寸 即通孔直径和过孔直径 通孔和过孔之间的孔壁用于连接不同层的导线 22 印丝层 为方便电路的安装和维修 在印制板的上下两表面印上所需要的标志图案和文字代号等 例如 元件标号和标称值 元件外观形状 厂家标志 生产日期等 这就是印丝层 SilkscreenTop BottomOverlay 23 敷铜 对于抗干扰要求比较高的电路板 常常需要在PCB敷铜 敷铜可以有效地实现电路板的信号屏蔽作用 提高电路板信号的抗电磁干扰能力 敷铜通常有两种方式 一种是实心填充方式 另一种是网络状的添充 在实际应用中 实心式的填充比网络状的更好 建议使用实心式的填充方式 24 印制电路板布线流程 1 绘制电路图主要完成电路原理图的绘制 包括生成网络表 2 规划电路板用户对电路板进行规化 物理尺寸 层数 元件封装形式 及安装位置等 主要确定电路板设计的框架 3 设置参数主要设置元件的布置参数 层参数 布线参数等 一般说来 有些参数用其默认值即可 有些参数在使用过Protel99SE以后 即第一次设置后 以后几乎无须修改 25 印制电路板布线流程 4 装入网络表及元件封装网络表是电路板自动布线的灵魂 也是电路原理图设计系统与印刷电路板设计系统的接口 只有将网络表装入之后 才能完成对电路板的自动布线 元件的封装就是元件的外形 对于每个装入的元件必须有相应的外形封装 才能保证电路板布线的顺利进行 5 元件的布局布局可以让Protel99SE自动布局 规化好电路板并装入网络表后 用户可以让程序自动装入元件 并自动将元件布置在电路板边框内 Protel99SE也可以让用户手工布局 元件的布局合理 才能进行下一步的布线工作 26 印制电路板布线流程 6 自动布线Protel99SE采用世界最先进的无网络 基于形状的对角线自动布线技术 只要将有关的参数设置得当 元件的布局合理 自动布线的成功率几乎是100 7 手工调整自动布线结束后 往往存在令人不满意的地方 需要手工调整 8 文件保存及输出完成电路板的布线后 保存完成的电路线路图文件 然后利用各种图形输出设备 如打印机或绘图仪输出电路板的布线图 27 印制电路板设计的基本原则 布局布线焊盘大小印制电路板电路的抗干扰措施去藕电容配置各元件之间接线 28 布局 对PCB进行布局时 首先要考虑PCB尺寸的大小 PCB尺寸过大时 印制线路长 阻抗增加 抗噪声能力下降 成本也增加 过小 则散热不好 且邻近线条易受干扰 在确定PCB的尺寸后 再确定特殊元件的位置 最后 根据电路功能单元 对电路的全部元件进行布局 29 布局 1 确定特殊元件的位置时的原则 尽可能缩短高频元件之间的连线 设法减少它们的分布参数和相互之间的电磁干扰 易受干扰的元件不能相互挨得太近 输入和输出元件应尽量远离 有较高电位差的元件或导线之间应加大距离 带强电的元件应尽量布置在调试时手不易触及的位置 重量超过15g的元件应用支架固定 然后焊接 又大又重 发热量多的元件应装在整机的机箱底板上 热敏元件应远离发热元件 可调元件的布局应考虑整机的结构要求 应留出印制板的定位孔和固定支架所占用的位置 30 布局 2 全部元件的布局原则按电路的流程安排各个功能电路单元的位置 以每个功能电路的核心元件为中心 进行布局 元件应均匀 整齐 紧凑地排列 尽量减少和缩短各元件之间的引线和连接 在高频下工作的电路 要考虑元件之间的分布参数 一般电路尽可能使元件平行排列 位于电路板边缘的元件 边距不小于2mm 电路板的最佳形状为矩形 长宽比为3 2或4 3 31 布线 1 输入和输出端的导线应尽量避免相邻平行 2 PCB导线的最小宽度主要由导线与绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定 它的最小值由承受的电流大小而定 但最小不易小于0 2mm 在高密度的印制电路中 导线宽度和间距一般可取0 3mm 3 PCB导线拐弯一般取圆弧形 避免使用大面积铜箔 如需使用大面积铜箔 最好用栅格状 4 印制导线的间距 相邻导线的间距必须满足电气安全要求 而且便于操作和生产 间距应尽量宽些 只要工艺允许 可使间距大于0 5mm 32 焊盘大小 焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些 焊盘太大易形成虚焊 焊盘外径D d 1 2 mm 其中 d为引线孔径 33 印制电路板电路的抗干扰措施 1 电源线设计尽量加粗电源线宽度 减少环路电阻 使电源线 地线的走向和数据传送的方向一致 2 地线设计数字地与模拟地分开 低频电路的地采用单点并联接地 高频电路采用多点串联接地 接地线应尽量加粗2 3mm以上 接地线构成闭环路 34 去藕电容配置 1 电源输入端跨接10 100 F的电解电容器 2 每个集成电路芯片都布置一个0 01 F的瓷片电容 3 对于抗噪能力弱 关断时电源变化大的器件 应在芯片的电源线和地线之间直接接入去耦电容 4 电容引线不能太长 此外应该注意以下两点 有接触器 继电器 按钮等元件时 应采用RC电路来吸收放电电流 CMOS的输入阻抗很高 易受感应 在使用时对不用端口要接地或接正电源 35 各元件之间接线 1 印刷电路中不允许有交叉电路 对于可能交叉的线条 可以用 钻 绕 两种办法解决 2 电阻 二极管 管状电容器等元件有 立式 和 卧式 两种安装方式 3 同一级电路的接地点就尽量靠近 并且本级电路的电源滤波电容也应接在该接地点上 4 总地线必须严格按高频 中频 低频逐级按弱电到强电的顺序排列原则 5